초록 ▼

1. 최종목표
본 연구는 자동차용 마그네슘 합금 사형주조품의 제작시 필연적으로 발생하게 되는 홀을 제품의 외관 또는 기밀성을 유지하기 위해서 밀봉해야 할 경우, 마그네슘 합금 판재 또는 주조재를 덧대어 용접하는데 있어 금속재료학적 측면에서의 실험 결과를 바탕으로 DB를 구축하는데 주된 목적을 둔다.
2. 개발내용 및 결과
마그네슘 사형주조 제품은 사형주조의 특성상 주조가 완료된 후의 제품에 원하는 않는 홀이 만들어지며, 이는 인테이크 매니폴드처럼 기밀성이 요구되는 부품에서 문제시 된다. 이러한 문제는 대부분의 사형주

1. 최종목표
본 연구는 자동차용 마그네슘 합금 사형주조품의 제작시 필연적으로 발생하게 되는 홀을 제품의 외관 또는 기밀성을 유지하기 위해서 밀봉해야 할 경우, 마그네슘 합금 판재 또는 주조재를 덧대어 용접하는데 있어 금속재료학적 측면에서의 실험 결과를 바탕으로 DB를 구축하는데 주된 목적을 둔다.
2. 개발내용 및 결과
마그네슘 사형주조 제품은 사형주조의 특성상 주조가 완료된 후의 제품에 원하는 않는 홀이 만들어지며, 이는 인테이크 매니폴드처럼 기밀성이 요구되는 부품에서 문제시 된다. 이러한 문제는 대부분의 사형주조품에서 공통적으로 발생 하며, 이를 해결하기 위해 임의로 만들어진 홀을 밀폐하는 기술이 요구된다.
본 연구에서는 사형주조제품 외관에 발생한 홀을 제품 외측에 주조재 또는 압연재를 덧붙여 용접하는데 있어 다음과 같은 내용으로 평가하였다.
○ 사형주조 마그네슘 합금의 제작
○ Pulsed Nd:YAG를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 조사
○ CW fiber 레이저를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 조사
○ CMT를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 조사
○ 용접부의 기계적 특성 평가
주조재의 용접에서는 주조재의 품질이 용접성을 좌우하므로, 시험편의 제작과정을 세분하여 평가 및 분석하였다. 적정한 주조공정을 통하여 결함이 없는 우수한 주조재를 제작하고 용접실험에 공급하였다.
마그네슘 합금의 용접은 저입열 열원인 레이저 및 CMT를 사용하였다. 펄스레이저를 이용한 마그네슘 합금의 용접에서는 급속응고에 기인한 다양한 용접결함이 발생한다고 알려져 있기 때문에, 용접결함을 제어하기 위한 연구를 우선적으로 실시하였고, 사형주조재와 압연재의 겹치기 및 맞대기 용접성을 평가하였다. 연속 레이저로는 파이버 레이저를 사용하여 마그네슘 합금의 겹치기 용접을 실시하였다. 더불어 겹치기 용접에서 얻어진 적정조건을 바탕으로 필릿 용접 으로의 적용도 같이 검토하였다.
아크 열원으로는 CMT를 사용하여 필릿 용접을 실시하였다. 용접전류, 전압 및 용접속도와 같은 공정변수의 영향을 평가하였다.
용접부의 강도를 평가하기 위해서는 인장 및 인장전단시험을 실시하였다. 또한 경도 시험을 같이 실시하여 용접부의 건전성을 평가하였다. 더불어 용접부의 기밀성을 확인하기 위해서는, 상판에 홀이 뚫려 있는 원통형의 주물을 간이 형상으로 제작해 밀폐 용접을 실시하고, 수중기밀시험을 통해 용접부의 기밀 유무를 평가하였다.
3. 기대효과
마그네슘 합금 사형주조품은 기존 알루미늄 대비 37% 이상의 경량화를 달성 할 수 있는데 자동차 경량화에 의한 연비향상 및 배기가스 규제 등의 환경개선 문제 해결을 위하여 자동차 업계에서는 필히 관련기술을 개발하여 국내 및 수출입 양산에 적용할 것으로 판단된다. 또한 마그네슘 합금 사형주조품의 용접은 국내에서는 시도된 사례도 없으며 국외에서도 긍정적인 보고가 없는 만큼, 기술 개발시 그 파급효과는 지대할 것이다. 더욱이 마그네슘 합금 주조재와 압연재의 용접은 포스코에서 마그네슘 합금 압연 판재를 생산한다는 점을 고려해 볼 때, 경제성 확보가 가능하며 새로운 시장의 개척도 기대된다. 궁극적으로는 다이캐스팅으로 한정되어 있던 기존의 마그네슘 시장에 새로운 바람을 불어넣어, 제품 디자인의 다양화와 성능향상을 이끌어내 경쟁력 우위를 제공할 것이다.
4. 적용분야
기밀이 요구되는 사형주조제품/자동차 부품/항공기 부품/전자제품

목차 Contents

• 『현장맞춤형 기술개발사업』최종보고서 ... 1
• 표지 ... 2
• 제출문 ... 3
• 현장맞춤형 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 6
• 제 1 장 서론 ... 8
• 제 1 절 사업개요 및 추진체계 ... 8
• 제 2 절 기술개발의 중요성 및 필요성 ... 9
• 제 3 절 국내·외 관련기술의 현황 ... 14
• 제 4 절 기술개발의 목적 및 연구내용 ... 19
• 1. 기술개발의 목적 ... 19
• 2. 연구내용 ... 21
• 제 2 장 기술개발 방법 및 내용 ... 23
• 제 1 절 사형주조 마그네슘 합금의 선정 및 제작 ... 23
• 1. 마그네슘 합금의 특성 및 종류 ... 23
• 가. 마그네슘 합금의 특성 ... 23
• 나. 마그네슘 합금원소의 영향 ... 28
• 다. 마그네슘 합금의 종류 ... 32
• 2. 마그네슘 합금의 주조 기술 ... 39
• 가. 마그네슘 합금의 주조 특성 검토 ... 39
• 나. 마그네슘 합금의 용해기술 ... 41
• 다. 용탕의 탈가스처리 ... 43
• 라. 마그네슘 합금의 결정립 미세화 방안 ... 46
• 3. 사형주조용 마그네슘 합금의 선정 및 시험편 제작 ... 48
• 가. 사형주조재의 선정 ... 48
• 나. 사형주조 시험편의 제작 ... 50
• 제 2 절 실험장치 및 방법 ... 57
• 1. 실험재료와 용접장치 ... 57
• 가. 실험재료 ... 57
• 나. 열원에 따른 용접장치 ... 60
• 2. 실험방법 ... 64
• 가. 마그네슘 합금의 Pulsed Nd:YAG 레이저 용접방법 ... 64
• 나. 마그네슘 합금의 CW fiber 레이저 용접방법 ... 66
• 다. 마그네슘 합금의 CMT 용접방법 ... 69
• 라. 용접부의 기계적 특성 평가 방법 ... 71
• 제 3 절 실험결과 및 고찰 ... 74
• 1. Pulsed Nd:YAG 레이저를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 검토 ... 74
• 가. 파형가변을 통한 마그네슘 합금의 용접결함 제어 ... 74
• 나. 마그네슘 합금의 겹치기 용접 ... 82
• 다. 마그네슘 합금의 맞대기 용접 ... 84
• 2. CW fiber 레이저를 이용한 마그네슘 합금의 겹치기 용접성 검토 ... 99
• 가. 비초점거리에 따른 용입특성 ... 99
• 나. 출력 및 용접속도 변화에 따른 용접특성 ... 102
• 다. 필릿 용접시 레이저 조사 위치에 따른 용접특성 ... 109
• 3. CMT를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 검토 ... 112
• 가. 용접와이어의 간격에 따른 용접특성 ... 112
• 나. 용접전류 및 전압 변화에 따른 용접특성 ... 114
• 다. 용접속도 변화에 따른 용접특성 ... 117
• 4. 마그네슘 합금 용접부의 기계적 특성 ... 119
• 가. 용접부의 인장특성 ... 119
• 나. 용접부의 경도특성 ... 128
• 다. 기밀시험을 통한 용접부 평가 ... 134
• 제 3 장 결론 ... 137
• 1. 사형주조 시험편의 제작 ... 137
• 2. Pulsed Nd:YAG 레이저를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 검토 ... 137
• 3. CW fiber 레이저를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 검토 ... 138
• 4. CMT를 이용한 마그네슘 합금의 용접성 검토 ... 138
• 5. 마그네슘 합금 용접부의 기계적 특성 ... 138
• 6. 기술개발의 정량적 결과 ... 139
• 현장맞춤형 기술개발사업 참여기관대표의 기술개발성과 확약서 ... 140